9月22日，深圳市中国科学院仙湖植物园（以下简称“仙湖植物园”）与美国康州大学共同主导，联合多国研究人员在《自然-通讯》上发表最新研究。研究团队系统揭示了苔藓植物中尼克胺合成酶基因（NAS）的演化历史，指出该关键基因在苔藓中的分布并非来自共同祖先，而是通过五次独立的“水平基因转移”事件引入。

这一发现不仅挑战了传统植物系统发育的认识，也为理解早期陆生植物如何适应缺铁环境提供了新线索。

此前，NAS基因被广泛认为是所有陆生植物祖先所获得，但其在苔藓类植物中的分布与功能一直未被深入探讨。研究团队分析了超过130种苔藓植物的基因组数据，覆盖了大部分苔藓植物重要类群。研究发现NAS基因在苔藓中存在多次独立的水平转移事件，且这些转移事件涉及不同的微生物供体。

研究团队发现，苔藓植物中的NAS基因并非源自单一祖先，而是通过至少五次独立的NAS基因转移事件从不同的微生物供体获得，而这些事件涉及不同的苔藓谱系及其微生物供体。例如， TetNAS基因来自细菌，而FunNAS和HypNAS/PolNAS基因则起源于真菌。这意味着这些基因并非植物祖先代代相传，而是在进化过程中通过借用微生物的基因资源而获得的。这种“借基因”的方式使苔藓植物能够快速适应不同的生态环境，特别是在铁贫乏的极端生境中生存下来。源自微生物的基因不仅丰富了苔藓植物的基因库，还增强了它们在不同环境中的适应能力。

研究还发现，在获得NAS基因的苔藓类群中，该基因不仅成功表达，还参与了铁代谢调控过程，与苔藓原有基因网络发生了互作。转录组数据表明，NAS基因在苔藓假根、原丝体中表达活跃，尤其在低铁处理下显著上调。这表明，这些外来基因不仅被苔藓接纳，而且融入了其生命活动的核心机制，成为真正的功能性组成部分。

长期以来，科学家认为植物基因组进化主要依靠垂直遗传，即亲代向子代的基因传递。而水平基因转移在动植物中被认为是极其罕见的现象，主要存在于微生物世界。这项研究表明，HGT在苔藓等早期陆地植物中并不罕见，是一种快速获取新功能、应对环境挑战的重要手段。在缺乏复杂根系和维管系统的早期陆地植物中，获得来自微生物的基因可能是它们得以成功登陆、扩展生态位的关键策略。

这一发现挑战了长期以来关于NAS基因仅源自单一祖先遗传的假设。苔藓植物能够通过多次水平基因转移事件，从不同的微生物供体中获取基因，这一复杂的基因演化历程不仅揭示了苔藓植物在适应陆地环境中的独特策略，也为深入理解植物与微生物之间的相互作用提供了新的视角。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-61162-w